Коматиите

Коматиитовая лава из типового местонахождения в долине Комати, Барбертон-Маунтинленд, Южная Африка, демонстрирующая характерную «текстуру спинифекса», образованную дендритными пластинами оливина (масштаб, показанный молотком на правом краю фотографии)

Коматиит ( / к oʊ м ɑː т я . Aɪ т / ) представляет собой тип ультрамафитовой мантийной вулканической породы определяется как то , кристаллизует из лавы с оксидом магния содержанием выше 18% по весу. ^[1] Коматииты имеют низкое содержание кремния , калия и алюминия и от высокого до очень высокого содержания магния . Коматиит был назван в честь своего типа местности вдоль реки Комати в Южной Африке ^[2] и часто демонстрирует текстуру спинифекса, состоящую из больших дендритных пластин оливина и пироксена. ^[3]

Коматииты редки и преимущественно встречаются в породах архейского возраста, при этом известно немного протерозойских или фанерозойских коматиитов. Считается, что это ограничение возраста связано с охлаждением мантии , которая могла быть на 100–250 ° C горячее во время архея (4,0–2,5 миллиарда лет назад). ^{[4] [5]} На ранней Земле выделялось гораздо больше тепла из-за остаточного тепла от планетной аккреции , а также из-за большего количества радиоактивных элементов. Более низкотемпературные мантийные расплавы, такие как базальт и пикрит, по существу заменили коматииты в качестве эруптивной лавы на поверхности Земли.

Географически коматииты преимущественно ограничены по распространению областями архейского щита и встречаются с другими ультраосновными и высокомагнезиальными основными вулканическими породами в архейских зеленокаменных поясах . Самые молодые коматииты происходят с острова Горгона на Карибском океаническом плато у тихоокеанского побережья Колумбии, а редкий образец протерозойского коматиита встречается в коматиитовом поясе Виннипегозис , Манитоба, Канада.

Петрология [ править ]

Магмы коматиитового состава имеют очень высокую температуру плавления с расчетными температурами извержения до 1600 ° C, а возможно, и выше. ^{[6] [7] [8] [9]} Базальтовые лавы обычно имеют температуру извержения от 1100 до 1250 ° C. Более высокие температуры плавления, необходимые для производства коматиита, были приписаны предполагаемым более высоким геотермическим градиентам на архейской Земле.

Коматиитовая лава была чрезвычайно текучей при извержении (обладая вязкостью, близкой к воде, но с плотностью породы). По сравнению с базальтовой лавой базальтов гавайского плюма при температуре ~ 1200 ° C, которая течет так же, как патока или мед, коматиитовая лава быстро текла по поверхности, оставляя чрезвычайно тонкие потоки лавы (толщиной до 10 мм). Таким образом, основные коматиитовые последовательности, сохранившиеся в архейских породах, считаются лавовыми трубами , прудами лавы и т. Д., Где накапливалась коматиитовая лава.

Химический состав коматиитов отличается от базальтовых и других распространенных мантийных магм из-за различий в степени частичного плавления . Считается, что коматииты образовались при высокой степени частичного плавления, обычно более 50%, и, следовательно, имеют высокое содержание MgO при низком содержании K ₂ O и других несовместимых элементов .

Есть два геохимических класса коматиита; необедненный алюминием коматиит (AUDK) (также известный как коматииты группы I) и обедненный алюминием коматиит (ADK) (также известный как коматииты группы II), определяемые их соотношением Al ₂ O ₃ / TiO ₂ . Часто предполагается, что эти два класса коматиита представляют реальную разницу в петрологических источниках между двумя типами, связанную с глубиной образования расплава. Обедненные алюминием коматииты были смоделированы экспериментами по плавлению как произведенные с высокой степенью частичного плавления при высоком давлении, где гранатв источнике не расплавляется, тогда как необедненные алюминием коматииты образуются при высоких степенях частичного плавления на меньшей глубине. Однако недавние исследования флюидных включений в хромшпинелидах из кумулятивных зон потоков коматиита показали, что единый поток коматиита может быть получен в результате смешения исходных магм с диапазоном соотношений Al ₂ O ₃ / TiO ₂ , что ставит под сомнение это интерпретация формаций различных групп коматиитов. ^[10] Коматииты, вероятно, образуются в чрезвычайно горячих мантийных перьях.

Бонинитовый магматизм похож на коматиитовый магматизм, но возникает в результате плавления с флюсом над зоной субдукции . Бониниты с 10–18% MgO, как правило, имеют более высокие литофильные элементы с большими ионами (LILE: Ba, Rb, Sr), чем коматииты.

Минералогия [ править ]

Нетронутая вулканическая минералогия коматиит состоит из forsteritic оливина (Fo90 и вверх), кальциевого и часто chromian пироксен , анортит (An85 и вверх) и хромита .

Значительная популяция коматиитов демонстрирует кумулятивную структуру и морфологию . Обычные кумуляты минералогия высоко магния богатого форстерит оливин, хотя chromian пироксен кумулаты также возможны (хотя более редкий).

Вулканические породы, богатые магнием, могут образовываться путем накопления вкрапленников оливина в базальтовых расплавах нормального химического состава: примером является пикрит . Частично доказательство того, что коматииты не богаты магнием просто из-за кумулятивного оливина, является текстурным: некоторые содержат текстуру спинифекса, текстуру , приписываемую быстрой кристаллизации оливина в условиях температурного градиента в верхней части лавового потока. Текстура «Spinifex» названа в честь общего названия для австралийской травы Triodia , ^[11] , который растет в сгустках с похожими формами.

Еще одно свидетельство состоит в том, что содержание MgO в оливинах, образующихся в коматиитах, приближается к составу почти чистого MgO-форстерита, что может быть достигнуто только в массе путем кристаллизации оливина из высокомагнезиального расплава.

Редко сохранившаяся брекчия верхней части потока и краевые зоны подушек в некоторых потоках коматиитов представляют собой по существу вулканическое стекло, закаленное при контакте с вышележащей водой или воздухом. Поскольку они быстро охлаждаются, они представляют собой жидкий состав коматиитов и, таким образом, фиксируют содержание безводного MgO до 32% MgO. Одними из самых высоких магнезиальных коматиитов с четкой сохранностью текстуры являются коматииты пояса Барбертон в Южной Африке , где жидкости с содержанием до 34% MgO могут быть определены с использованием валовых пород и составов оливина.

Минералогия коматиита систематически изменяется в типичном стратиграфическом разрезе потока коматиитов и отражает магматические процессы, которым подвержены коматииты во время их извержения и похолодания. Типичные минералогические вариации - от основания потока, состоящего из кумулята оливина, до текстурированной зоны спинифекса, состоящей из пластинчатого оливина, и, в идеале, зоны спинифекса пироксена и зоны холода, богатого оливином, на верхней эруптивной корке единицы потока.

Первичные (магматические) минеральные виды, также встречающиеся в коматиитах, включают оливин, пироксены, авгит , пижонит и бронзит , плагиоклаз , хромит , ильменит и, реже, паргаситовый амфибол . Вторичные (метаморфические) минералы включают серпентин , хлорит , амфибол, натриевый плагиоклаз, кварц , оксиды железа и, реже, флогопит , бадделеит и пироп или гидрогроссулярный гранат .

Метаморфизм [ править ]

Все известные коматииты подверглись метаморфозам , поэтому технически их следует называть «метакоматиитами», хотя приставка «мета» неизбежна. Многие коматииты сильно изменены, серпентинизированы или карбонизированы в результате метаморфизма и метасоматоза . Это приводит к значительным изменениям минералогии и текстуры.

Гидратация против карбонизации [ править ]

Метаморфическая минералогия ультраосновных пород, особенно коматиитов, лишь частично определяется составом. Характер сопряженных флюидов, которые присутствуют во время низкотемпературного метаморфизма, будь то прогрессивный или ретроградный, контролирует метаморфический комплекс метакоматиита (здесь и далее предполагается префикс мета ).

Фактор , контролирующий минеральную сборку является парциальным давлением из диоксида углерода в пределах метаморфической жидкости, называется XCO ₂ . Если XCO ₂ выше 0,5, метаморфические реакции способствуют образованию талька , магнезита (карбоната магния) и тремолита амфибола. Они классифицируются как реакции карбонизации талька . Ниже XCO _2, равного 0,5, метаморфические реакции в присутствии воды способствуют образованию серпентинита .

Таким образом, существует два основных класса метаморфических коматиитов; газированные и гидратированные. Карбонизированные коматииты и перидотиты образуют серию пород, в которых преобладают минералы хлорит, тальк , магнезит или доломит и тремолит . Гидратированные метаморфические скальные комплексы доминируют минералы хлорит, серпентин - антигорит , брусит . Могут присутствовать следы талька, тремолита и доломита, поскольку очень редко в метаморфических флюидах отсутствует углекислый газ. При более высоких степенях метаморфизма антофиллит , энстатит , оливин и диопсид. доминируют по мере обезвоживания горной массы.

Минералогические вариации в фации потока коматиитов [ править ]

Коматиит имеет тенденцию фракционироваться из высокомагниевых составов в основах потока, где преобладают кумуляты оливина, к более низким составам магния выше по потоку. Таким образом, текущая метаморфическая минералогия коматиита будет отражать химический состав, который, в свою очередь, представляет собой вывод относительно его вулканологических фаций и стратиграфического положения.

Типичные метаморфические минералогии являются тремолитом - хлорит или тальк -chlorite минералогии в верхних зонах Spinifex. Чем больше магнезиален-богатый оливин богатых базового потока фация , как правило, свободны от тремолита и хлорита минералогии и преобладает либо змеевик - брусит +/- антофиллит , если гидратированные или talc- магнезитом , если газированные. В фациях верхнего потока преобладают тальк, хлорит, тремолит и другие магнезиальные амфиболы ( антофиллит , куммингтонит , жедрит и др.).

Например, типичные проточные фации (см. Ниже) могут иметь следующую минералогию;

Геохимия [ править ]

Коматиит можно классифицировать по следующим геохимическим критериям;

• SiO ₂ ; обычно 40–45%
• MgO более 18%
• Низкий K ₂ O (<0,5%)
• Низкое содержание CaO и Na ₂ O (<2% вместе)
• Низкое обогащение Ba, Cs, Rb ( несовместимый элемент ); ΣLILE <1000 частей на миллион
• Высокое содержание Ni (> 400 частей на миллион), Cr (> 800 частей на миллион), Co (> 150 частей на миллион)

Вышеупомянутая геохимическая классификация должна быть по существу неизменным химическим составом магмы, а не результатом накопления кристаллов (как в перидотите ). Посредством типичной последовательности потоков коматиита химический состав породы будет меняться в соответствии с внутренним фракционированием, которое происходит во время извержения. Это имеет тенденцию к снижению MgO, Cr, Ni и увеличению Al, K ₂ O, Na, CaO и SiO _{2 по} направлению к верху потока.

Породы, богатые MgO, K ₂ O, Ba, Cs и Rb, могут быть лампрофирами , кимберлитами или другими редкими ультраосновными, калиевыми или ультракалиевыми породами.

Морфология и встречаемость [ править ]

Коматииты часто демонстрируют подушкообразную структуру лавы , автобрекчированные верхние края, соответствующие подводному извержению, образуя жесткую верхнюю оболочку лавовых потоков. Проксимальные вулканические фации более тонкие и перемежаются сульфидными отложениями, черными сланцами, кремнями и толеитовыми базальтами . Коматииты были получены из относительно влажной мантии . Свидетельство этого является от их ассоциации с felsics , вхождения коматиитовых туфов , ниобий аномалий и по S- и H ₂ O переносимых богатой минерализации.

Текстурные особенности [ править ]

Общая и отличительная текстура известна как текстура спинифекса и состоит из длинных игольчатых вкрапленников оливина (или псевдоморфоз измененных минералов после оливина) или пироксена, которые придают породе лопаточный вид, особенно на выветренной поверхности. Текстура Spinifex является результатом быстрой кристаллизации высокомагнезиальной жидкости в условиях температурного градиента на границе потока или порога .

Текстура гарризита , впервые описанная в интрузивных породах (не коматиитах) в заливе Харрис на острове Рим в Шотландии , образуется в результате зарождения кристаллов на дне магматической камеры . ^{[12] [13]} Харриситы, как известно, образуют мегакристаллические агрегаты пироксена и оливина длиной до 1 метра. ^[14] Текстура гарризита встречается в некоторых очень толстых потоках лавы коматиита, например, в зеленокаменном поясе Норсман-Вилуна в Западной Австралии, где произошла кристаллизация кумулятов . ^[15]

Вулканология [ править ]

Морфология коматиитового вулкана интерпретируется как имеющая общую форму и структуру щитового вулкана , типичного для большинства крупных базальтовых построек, поскольку магматическое событие, которое формирует коматииты, извергает менее магнезиальные материалы.

Тем не менее, первоначальный поток большинства магнезиальных магм интерпретируется как образование канализованной фации потока, которая рассматривается как жерло трещин, выпускающее высокотекучую коматиитовую лаву на поверхность. Затем он течет наружу из жерловой трещины, концентрируясь в топографических впадинах и образуя канальную среду, состоящую из скоплений оливина с высоким содержанием MgO, окруженную « пластинчатыми фациями» пластов оливина с более низким содержанием MgO и тонких слоев спинифекса с пироксеном.

Типичный поток коматиитовой лавы имеет шесть стратиграфически связанных элементов;

• А1 - мягкая и вариолитовая охлажденная верхняя часть потока, часто ступенчатая и переходная с осадком
• A2 - Зона быстро остывшего, перистого игольчатого оливин-клинопироксенового стекла, представляющего собой охлажденную границу в верхней части проточной части
• A3 - Оливиновый спинифекс, состоящий из пучка и книжного спинифекса оливина, представляющий скопление растущих вниз кристаллов на вершине потока
• B1 - Мезокумуляция оливина для ортокумуляции, представляющая собой гарризит, выращенный в текучем жидком расплаве.
• B2 - Оливиновый адкумулат, состоящий из более чем 93% переплетенных равных кристаллов оливина
• B3 - Нижняя граница холода, состоящая из оливина, скапливающегося в мезокумуляте, с более мелким размером зерна.

Отдельные единицы потока не могут быть полностью сохранены, так как последующие единицы потока могут термически разрушить потоки spinifex зоны A. В фации дистальных тонких потоков зоны B слабо развиты или отсутствуют, поскольку не было достаточного количества протекающей жидкости для роста адкумулята.

Канал и расслоенные потоки затем покрываются высокомагнезиальными базальтами и толеитовыми базальтами, поскольку вулканическое событие эволюционирует до менее магнезиального состава. Последующий магматизм, заключающийся в более высоком плавлении кремнезема, имеет тенденцию формировать более типичную архитектуру щитового вулкана.

Навязчивые коматииты [ править ]

Коматиитовая магма чрезвычайно плотная и вряд ли достигнет поверхности, так как с большей вероятностью собирается в нижней части земной коры. Современные (после 2004 г.) интерпретации некоторых крупных скоплений оливина в кратоне Йилгарн показали, что большинство залежей коматиитового скопления оливина, вероятно, имеют субвулканический или интрузивный характер.

Это признается в Mt Keith никелевого месторождения , где вмещающих пород интрузивных текстуры и ксенолитов из фельзитовыми вмещающих пород были признаны в контактах низкого напряжения. Предыдущие интерпретации этих крупных тел коматиитов заключались в том, что они были «суперканалами» или реактивированными каналами, стратиграфическая мощность которых увеличилась до более чем 500 м во время продолжительного вулканизма.

Эти интрузии считаются канализированными силлами , образованными в результате нагнетания коматиитовой магмы в стратиграфию и раздувания магматического очага. Экономичные никелево-минерализованные скопившиеся тела оливина могут представлять собой форму порогового канала, в котором магма собирается в промежуточной камере перед извержением на поверхность.

Экономическое значение [ править ]

Экономическое значение коматиита было впервые широко признано в начале 1960-х годов с открытием массивной сульфидной минерализации никеля в Камбалде, Западная Австралия . На никель-медно-сульфидную минерализацию на основе коматиита сегодня приходится около 14% мирового производства никеля , в основном из Австралии, Канады и Южной Африки.

Коматииты связаны с месторождениями никеля и золота в Австралии, Канаде, Южной Африке и совсем недавно на Гвианском щите в Южной Америке.

См. Также [ править ]

• Список текстур горных пород  - Список текстурных и морфологических терминов горных пород.
• Список типов горных пород  - список типов горных пород, признанных геологами.
• Магматическая порода  - скала, образованная в результате охлаждения и затвердевания магмы или лавы.
• Микроструктура горных пород  - Текстура горных пород и мелкомасштабные горные структуры.
• Коматиитовая Ni-Cu-PGE минерализация
• Ультрабазитовый рок
• Накопить рок

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Гесс, ПК (1989), Происхождение магматических пород , президент и научные сотрудники Гарвардского колледжа (стр. 276–285), ISBN 0-674-64481-6 . 
• Hill RET, Barnes SJ, Gole MJ и Dowling SE (1990), Физическая вулканология коматиитов; Полевой справочник по коматиитам Зеленокаменного пояса Норсман-Вилуна, Восточная провинция Голдфилдс, блок Йилгарн, Западная Австралия. , Геологическое общество Австралии. ISBN 0-909869-55-3 
• Блатт, Харви и Роберт Трейси (1996), Петрология , 2-е изд., Freeman (стр. 196-7), ISBN 0-7167-2438-3 . 
• Светов С.А., Светова А.И., Хухма, 1999, Геохимия ассоциации коматиит-толеитовых пород в Ведлозеро-Сегозерском архейском зеленокаменном поясе, Центральная Карелия // Геохимия Интернэшнл. 39, Прил. 1, 2001, стр. S24 – S38. Доступ в PDF с 25 июля 2005 г.
• Вернон Р.Х., 2004 г., Практическое руководство по микроструктуре горных пород , (стр. 43–69, 150–152) Cambridge University Press. ISBN 0-521-81443-X 
• Арндт, Н.Т., Нисбет, Э.Г. (1982), Komatiites . Анвин Хайман, ISBN 0-04-552019-4 . Твердая обложка. 
• Арндт, Н.Т., и Лешер, К.М. (2005), Komatiites, in Selley, RC, Cocks, LRM, Plimer, IR (Editors), Encyclopedia of Geology 3, Elsevier, New York, pp. 260–267
• Фор Ф., Арндт Н. Т. Либурель Г. (2006), Формирование текстуры спинифекса в коматиите: экспериментальное исследование. J. Petrol 47, 1591–1610.
• Арндт, Н.Т., Лешер, С.М. и Барнс, SJ (2008), Komatiite , Cambridge University Press, Кембридж, 488 стр., ISBN 978-0521874748 . 

Внешние ссылки [ править ]

• Доступ к необычным типам лавы 25.07.2005
• Коматииты и астробиология
• Коматииты и дебаты о плюме
• Вулканический фейерверк на Ио
• Фотографии Abitibi komatiite, Канада (с текстом на французском языке) получены 17 мая 2009 г.